交叉融合，引领信息传达设计新发展——记同济大学设计创意学院副院长曹楠

李明丽

视觉是人们获取信息的主要来源，以图形可视化的方式呈现数据有助于人们识别复杂模式，是人类探索自然、从事科研的重要手段。然而数据本身并没有形态，只有通过设计才能够转换成可视化图形，由此衍生出了“信息传达设计”这一信息学、设计学及认知学相交叉融合的研究方向。在同济大学设计创意学院副院长曹楠教授的心中，这是一个美妙的领域，它有机地把艺术设计与信息科学融合在了一起。他认为，好的可视化设计就像是一张精美的有关数据的肖像画，可以促进信息的理解、沟通及分享。

经过数十年的发展，针对不同数据类型的可视化方案被设计出来，并被广泛应用到信息安全、智慧医疗、智能制造等关乎国家重大需求且与人民生活息息相关的领域当中。围绕信息认知理论及图形呈现技术的相关研究因为其重要性多次成为图灵奖（1975年、1988年、2019年）及诺贝尔奖（1978年、2014年）的获奖主题，具有重大的科学价值与研究意义。2018年，美国将“可视分析、自动分析方法、上下文感知计算”列入出口管制框架，对我国实施技术封锁。推进相关领域的技术创新也被列入“十四五”、新一代人工智能等国家发展规划当中。曹楠认为，研究具有自主产权的智能化信息传达设计方法与技术对我国在人工智能时代中发展更先进的数据呈现及分析技术具有重要意义。

曹楠（左三）与团队成员及合作伙伴的合影

怀揣梦想，醉心计算机科学研究

“我从来没有想过有一天会成为设计学院的教授”，当被问到是怎样开始从事今天的工作时，曹楠坦率地回答。这是因为在他的心中，一直有一个“计算机梦”。

1993年的春天，父亲送给13岁的曹楠一台二手的配置有Intel 80286 CPU芯片及1MB内存的个人电脑。虽然这是一台现在看来连手机都不如的“老爷机”，但在那个年代，普通人拥有一台这样的电脑并不是一件寻常的事情，这让曹楠格外珍惜，也正是它彻底改变了曹楠的人生。从那以后，各类电脑书籍一直伴随着他的左右。计算机科技日新月异，让这个少年感到无比新奇的同时也在他心中深深地埋下了一颗科研的种子。

2005年的夏天，硕士尚未毕业，曹楠便从4000余名竞争者当中脱颖而出，收到了来自IBM“青出于蓝”计划的工作邀请。他怀揣着心中的梦想，与其他21名入选计划的成员一起，开启了与这个“蓝色”巨人的一段不解之缘。在那里，他第一次接触到了数据可视化这个领域，并被它深深吸引。通过分析、设计、布局、渲染等一系列操作，数据就能从抽象的数字符号转变成一幅直观且可交互的可视化“图形”，实现“一图胜千言”的信息传达效果。对曹楠而言，这无疑是一件非常新奇有趣的事情。从那时起，学习探索可视化领域的相关技术便成了他最大的乐趣，时常令他废寝忘食。在不懈的努力与坚持之下，1年后，他为IBM中国研究院（IBM CRL）开发出了第一套通用数据可视化框架，并围绕这项研究获得多项IBM创新成果奖，这套框架也成为当时国内最早的可视化平台之一。

随着研究的深入，工程技术上的探索已经无法满足曹楠的求知欲了。对更深层次理论知识的渴望，让他在30岁时毅然辞去了在IBM中国研究院的工作，全职加入香港科技大学，在屈华民教授的指导下攻读博士学位。长期的技术积累及屈华民老师在学术上的谆谆教诲，让曹楠在科研上如鱼得水，仅用两年半的时间便取得了博士学位，并因博士期间在复杂数据关系可视分析技术上取得的突出成绩，获得了由香港科技大学工学院颁发的“博士杰出研究奖”，成为计算机系历史上第二位获得这一奖项的学生。

求学期间，曹楠从未间断与IBM的科研合作，他与时任美国IBM T.J.沃森研究院研究员孙冀萌博士、大卫·戈茨（David Gotz）博士（现分别任美国伊利诺伊大学香槟分校计算机系教授及北卡罗来纳大学信息学系教授）等人一起设计研发了交互式医疗知识图谱可视呈现系统FacetAtlas并得到了广泛的应用，在毕业后正式加入了T.J.沃森研究院，成为一名研究员。历史上，从IBM T.J.沃森研究院中共走出过6位诺贝尔奖得主及6位图灵奖得主。他们在计算机体系结构、操作系统、软件工程、编程语言、数据库等领域作出了卓越的贡献。可以说，这里是人类现代计算机科学的发源地之一。在这里的工作学习生活，让曹楠接触到了更多领域中的前沿问题，也让他对自身研究的方向及人生的意义与价值有了更加深远的思考。2015年夏天，曹楠因为在社交媒体可视分析方面出色的科研工作及显著的科研成果，获得了“IBM杰出技术成就奖”，这是IBM颁发给研究人员的最高技术类奖项。也就是在这一刻，曹楠决定：“是时候该回家了。”

心系祖国，投身设计学交叉领域

2016年年初，怀揣着对祖国的思念及对年迈父母的牵挂，在外游学、工作十余年的曹楠决定放弃在美国优厚的待遇与舒适的生活，辞职带着全家回国发展。这时，时任同济大学设计创意学院院长娄永琪教授（现任同济大学副校长）抛出了橄榄枝。娄院长豁达的人生态度及高瞻远瞩的学术视野，深深感染了曹楠。他说：“要为人生的意义和世界的未来而学习和创造。”在这样的信仰下，同济大学设计创意学院用短短10年的时间，便位列全球QS排名第12位，站在了设计学科的前沿。敏锐的科研直觉让曹楠意识到，把人工智能、大数据等计算机学科的先进技术与设计学相交叉融合，将能够在更多关乎国家重大需求的重要领域作出更为突出的贡献。这一年，曹楠加入了同济大学，成为一名“设计学”领域的教授，而他儿时有关“计算机”的梦想，也因为这个决定变得可“设计、交叉”了起来。

“做切实有用且系统深入的研究”是曹楠经常告诫学生的一句话。在同济大学工作的6年多时间里，曹楠针对信息传达设计自动化程度低，影响数据可视呈现与分析效率这一领域内的国际性难题，带领团队脚踏实地地开展了一系列理论及技术研究。他基于认知科学中有关叙事可以激发联想增强理解与记忆的相关理论，提出了通过构建叙事性可视化来提升信息传达效果的科研方案，并做出了自动数据内涵洞察、智能可视化设计生成及自动叙事逻辑编排三个关键性技术创新，实现了有内涵、好理解、易传达的叙事性可视化自动生成技术，在领域内的重要会议上获得2项最佳论文奖及6项最佳论文提名奖，并研发了拥有自主知识产权的智能可视数据探索分析系统，被遍及50余个国家/地区的4000余位用户用于分析来自金融、医疗、教育、工业、娱乐、体育等十余个领域的数万份数据，相比于具有垄断地位的美国商务智能软件Tableau（已于2021年年底退出中国），系统提拱了自动数据叙事与探索的能力，从而提升了可视分析的效率及信息传达的效能。系统的相关技术也被应用到了华为、阿里等企业的商务智能产品当中，服务于十余万用户。

科研之外，曹楠也非常重视设计交叉学科的基础教学工作。他在学院的支持下，于2017年设立了国内第一个“人工智能与数据设计”硕士研究生专业方向，带头为同济大学建设了“智能设计”博士生前沿交叉课程，并于2022年经上海市教委批准创立了“人工智能-媒体传达设计”本科双学位计划。从无到有地建立了融“本—硕—博”于一体的智能设计交叉人才培养体系。近年来，专业所培养的学生多次获得国家奖学金，毕业生曾多次获得上海市优秀毕业生的称号，并投身到智能制造、互联网、金融科技等各行各业当中。更有优秀的博士毕业生入选“华为天才少年计划”、作为青年副研究员入职复旦大学、加入美国奥多比（Adobe）研究院及芬兰国家人工智能研究中心等国内外顶尖科研机构。这些学生不仅在社会的各行各业贡献着自己的力量，更是薪火相传地把曹楠教授的“设计、计算机”交叉融合的梦想传播到了世界各地，影响着更多的年轻人。